Diseño De Fundacion Aislada.docx

DISEÑO PARA UNA FUNDACIÓN AISLADA

Fundaciones aisladas Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplia la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. Las zapatas aisladas van arriostradas con riostras de Hormigón armado de sección inferior a la zapata. Pueden ejecutarse de hormigón en masa, es decir sin armar, si las mismas tienen un canto considerable (son las denominadas zapatas macizas). 

Armado de la parte inferior: Se realiza un mallazo con conformado por barras cruzadas; la separación entre barras no ha de superar los 30 cm.

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Recubrimiento para evitar corrosiones: Separación de las armaduras entre 5 a 10 cm del borde y del fondo de la zapata, dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características del terreno.

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Barras: Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes, mínimo del 12, ante posibles corrosiones. La armadura longitudinal del pilar llega hasta el mallazo, por lo cual se

colocan armaduras de espera iguales que las de los pilares. 

Solape mínimo: Considerar 30 veces el diámetro de la barra más gruesa del pilar.

Pozo de cimentación

Diseño de Zapatas Aisladas Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos sin cortar zapatas ni riostras.

Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 10 cm en el estrato del terreno. La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debido a las geladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm en aquellas zonas afectadas por estas variables. En el caso que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares) se afecta una sola zapata para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, antes de colocar las armaduras. Planilla de diseño de zapata aislada

Hipótesis comunes de cálculo 

Para tomar en cuenta la excentricidad ex y ey de la resultante Rv, se recurre a la noción de superficie útil.

Se considera que una parte de la zapata, simétrica con respecto a Rv, es útil y la otra parte es inoperante para el caso de la carga considerada. 

Las excentricidades máximas de la resultante ex y ey se limitan a b/4 y l/4.

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Los esfuerzos del suelo se admiten uniformemente repartidos sobre la superficie útil.

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Las cargas determinantes conducen a las combinaciones más desfavorables de N, Mx, My, Hx y Hy. Estas acciones corresponden respectivamente a la fuerza normal, dos momentos flexionantes y dos fuerzas horizontales.

El diseño de la zapata se considera adecuado, cuando la zapata es estable, lo que se traduce por el control de ciertos valores límite, definidos por algunas reglas geotécnicas. 

Ruptura por punzonamiento

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Estabilidad contra volteo, con respecto al borde de la zapata

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Aplastamiento

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Deslizamiento

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Espesor

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Refuerzo de la zapata

El refuerzo por flexión se calcula a partir de los momentos Mx y My. El refuerzo calculado corresponde a la sección útil, sin embargo por razones constructivas, el refuerzo se prolonga a toda la sección. Zapatas con presión no constante El concepto más importante en este trabajo, al calcular las dimensiones de la zapata aislada, implica el considerar una presión variable y distribuida en toda la superficie de contacto entre la cimentación y el suelo entonces, para una zapata aislada sujeta a una carga axial y dos momentos flexionantes ortogonales, la presión en cada una de las esquinas puede determinarse por:

Substituyendo las ecuaciones 5 y 6 en la ecuación 2 y si se propone una relación entre los lados de la zapata (ecuación 7) se obtiene una expresión para σ con una sola incógnita (ecuación 8). Además puede obligarse a tomar el valor máximo de σadm:

Si se tienen excentricidades adicionales por tratarse de zapatas de borde o de esquina, es posible agregar estas en el cálculo de los esfuerzos provocados por los momentos que resultan:

Si la zapata es de borde, α=0 ó β=0 si es de esquina α≠0 y β≠0 además si la posición de la columna produce un momento opuesto a los momentos Mx o My, α y β deben ser negativos. Puede verse que para el caso de una zapata intermedia α=0 y β=0 con lo que se regresa a la ecuación. Despues de resolver 9 ó 10 se determina Lx por la ecuación 7. Los valores aceptables de α y β deben ser inferiores a 0.5.

Calculo del volumen de presión Una vez calculadas las dimensiones en planta se pueden determinar los esfuerzos de presión bajo la zapata en cada esquina (ecuaciones 14 a 17). En este caso, las excentricidades están dadas por la relación de momento y carga axial:

Si además existe excentricidad de la columna por condiciones de borde, se agregara el valor correspondiente a cada dirección. Entonces, los esfuerzos encada esquina están dados por:

Una vez identificados los valores de σ en cada esquina se determina una función σxy (ecuación 18) capaz de identificar el esfuerzo de presión bajo cualquier punto de la zapata. Ahora se ha considerado conveniente utilizar la esquina sujeta a σmin=σ1 como el origen del sistema de referencia. Además integrando esta función con respecto a x y y (ecuación 19), se determina el volumen de esta presión:

Procediendo en forma similar, se determinan las coordenadas centroidales de este volumen.

Las zapatas aisladas se emplean para recibir las cargas de una columna (apoyo aislado). Por lo general son de sección cuadrada o también rectangular, y su trabajo a flexión es en dos direcciones, llevando por lo tanto, refuerzo de acero

espaciado

uniformemente

en ambos

sentidos.

La columna podrá

apoyarse sobre una pilastra o dado, y este a su vez sobre la placa de la zapata, o bien, colocarse directamente sobre la zapata; si se utiliza el dado, se recomienda que su sección sea, como mínimo, igual a la de la columna y su altura no mayor de tres veces el lado menor del dado (Pérez, 1993).

El diseño de una zapata aislada se basa, en general, en las siguientes consideraciones:  Presión máxima del suelo. La suma de la carga aplicada sobre la zapata y el peso de esta, no deben exceder el límite de presión de apoyo sobre el material de soporte El área total requerida de la zapata se determina con base en esto.  Control de asentamientos. En los casos en que los edificios se apoyan sobre suelo compresible, es necesario seleccionar áreas de zapata que garanticen un asentamiento uniforme de todas las columnas del edificio, en lugar de buscar el uso máximo de la presión admisible del suelo.  Tamaño

de la

columna.

Entre más

grande sea

la columna,

menores serán los esfuerzos cortantes, flexionantes y de adherencia en la zapata, puesto que estos se producen por el efecto de voladizo de la proyección de la zapata, más allá de los bordes de la columna.  Límite del esfuerzo cortante para el concreto. Para zapatas de sección transversal cuadrada, este la única condición crítica de esfuerzo para el concreto.  Esfuerzo por flexión y límites de las longitudes de anclaje en las varillas. Estos se consideran con base en el momento que se genera en la zapata en voladizo en la cara de la columna. Ø Espesor de la zapata para el anclaje del refuerzo de la columna. Cuando una zapata soporta una columna de concreto reforzado, la fuerza de compresión de las varillas de la columna se debe transferir a la zapata por medio del esfuerzo de adherencia, conocido como fijación de las varillas. El espesor de la zapata debe ser suficiente para dar lugar a la longitud de anclaje necesaria de las varillas de la columna (ParKer y Ambrose, 1996).